Karbonutnyttelse omdanner avfall til verdier

Karbonfangst er en ny løsning for å redusere industrielle klimagassutslipp. Etter at karbondioksid er fanget opp fra prosessutslipp blir det vanligvis transportert til et lagringssted under bakken for langtidslagring. Teknologien og den løpende overvåkingen av lagringsstedene er imidlertid kostbar.

For å delvis kompensere for utgiftene kan fanget CO₂ brukes til å skape verdi i stedet for bare å bli lagret. Denne praksisen, kjent som karbonresirkulering, faller inn under den bredere paraplyen karbonfangst, -utnyttelse og -lagring (CCUS), en kollektiv løsning som skal bidra til å nå målet om netto nullutslipp i 2050 og redusere klimatruslene.

I dag samler industrien inn 45 millioner tonn karbondioksid fra avfallsstrømmer hvert år, noe som utgjør rundt 0,1 % av de globale utslippene fra alle sektorer. Ifølge klimamodeller fra FNs klimapanel og Det internasjonale energibyrået kan CCUS fange opp svimlende 1 milliard tonn CO₂ per år innen 2030, og flere milliarder tonn innen 2050. Hvis karbondioksidutslippene fra industrien og andre sektorer forblir omtrent de samme når denne kapasiteten er nådd, vil det kunne redusere utslippene av klimagasser i atmosfæren med omtrent 10 %.

CCUS-teknologier krever pålitelig måling på kritiske punkter for å sikre prosesskvalitet og -sikkerhet. Det omfatter vanligvis nivå, strømning, temperatur, trykk, væskeanalyse og i økende grad gassanalyse ved hjelp av Raman-spektroskopiske og TDLAS-analysatorer.

Gitt de høye kostnadene ved å fange CO₂, er muligheten til å omdanne betydelige mengder av denne gassen til et verdifullt produkt av interesse for prosessorer som implementerer CCUS-teknologi. Det finnes mange bruksområder og bransjer som kan dra nytte av karbonutnyttelse, blant annet, men ikke begrenset til, følgende eksempler:

Byggebransjen er kjent for sitt betydelige energiforbruk og karbonavtrykk, men kan utnytte karbonfangst og -utnyttelse for å skape mer bærekraftige byggematerialer. Tradisjonelle prosesser for sementproduksjon varmer opp materialer til opp mot 1450°C (2642°F), vanligvis ved hjelp av fyringsolje, kull, naturgass eller annet avfallsbasert brensel. I tillegg krever den kjemiske reaksjonen som vanligvis brukes til å lage sement, at kalsiumkarbonat omdannes til kalsiumoksidlignende forbindelser, noe som generer CO₂ som et biprodukt. Til sammen står disse utslippene for omtrent 7 % av verdens samlede klimagassproduksjon.

Dette kan imidlertid reduseres ved å samle opp karbondioksid fra eksosstrømmen ved hjelp av amingassbehandling og injisere det i fersk betong under blandeprosessen. Den injiserte CO₂-en reagerer med kalsiumioner i betongblandingen og danner kalsiumkarbonat, et naturlig forekommende bindemiddel. Dette beriker betongen ved å øke trykkfastheten og binde karbondioksidet permanent, noe som eliminerer behovet for lagring og overvåking i geologiske formasjoner.

Denne økte betongstyrken gjør det mulig å redusere materialbruken i byggeprosjekter, noe som gir besparelser som delvis oppveier kostnadene ved aminbehandling. Videre kan CO₂-injeksjon integreres i eksisterende betongproduksjonsprosesser med minimale endringer i eksisterende infrastruktur.

Karbondioksid kan også brukes til å lage syntetisk tilslag, en nøkkelkomponent i betong, som kan erstatte tradisjonelt tilslag som utvinnes fra jorden. I tillegg utforsker nye innovatører utviklingen av biobaserte karbonnegative alternativer til betong, der produksjonsprosessen absorberer mer CO₂ enn den slipper ut.

Transportsektoren, som er svært avhengig av fossilt drivstoff, kan høste betydelige bærekraftsfordeler ved å utnytte karbonet. Gjennom ulike kjemiske prosesser kan fanget CO₂ omdannes til fornybart drivstoff som metanol og bærekraftig flydrivstoff (SAF), noe som bidrar til å redusere bransjens karbonfotavtrykk.

For å produsere fornybar metanol reageres fanget karbondioksid med grønt hydrogen i nærvær av en katalysator ved høy temperatur og høyt trykk. Metanol kan enten brukes som direkte drivstoff for biler eller som råstoff for andre drivstoff, for eksempel biodiesel.

S&P Global anslår at markedet for fornybar metanol vil nå 400 millioner tonn årlig innen 2050, noe som viser det enorme potensialet. Det er imidlertid utfordringer knyttet til bruk av metanol i transportbransjen, blant annet behovet for spesialisert infrastruktur.

På samme måte utforsker luftfartsindustrien bruk av SAF produsert av fanget CO₂ for å redusere sin avhengighet av fossilt drivstoff. For å lage SAF kombineres innfanget karbondioksid først med hydrogen i en prosess som kalles omvendt vann-gass-skift, noe som skaper syngass, en blanding av karbonmonoksid og hydrogen.

Deretter omdannes syngassen til en blanding av hydrokarboner ved hjelp av Fischer-Tropsch-prosessen, og hydrokarbonblandingen gjennomgår hydroprosessering for å fjerne urenheter og justere drivstoffets egenskaper. Egenskapene til flydrivstoffet, blant annet energiinnhold, flammepunkt og frysepunkt, må overvåkes og kontrolleres nøye.

Selv om SAF fortsatt er i en tidlig utviklingsfase, anslår International Air Transport Association at SAF kan bidra til å redusere klimagassutslippene fra luftfarten med 65%.

Den kjemiske industrien er i dag i stor grad avhengig av fossilt brensel, men karbondioksid kan i mange tilfeller brukes som et alternativt råstoff for å produsere en lang rekke kjemikalier og polymerer. Disse omfatter blant annet urea til gjødsel, plast og emballasjematerialer.

Når CO₂ reagerer med ammoniakk under høyt trykk og høy temperatur, dannes ammoniumkarbamat. Når dette kjemikaliet brytes ned, dannes det urea og vann, som deretter kan bearbeides og granuleres til en fast form for bruk som gjødsel.

Karbondioksid kan også brukes til å produsere polykarbonater. Disse holdbare og gjennomsiktige polymerene brukes ofte i elektronikk, briller og bildeler. Disse polymerene dannes ved at CO₂ reagerer direkte med epoksider, en type syklisk eter, i nærvær av en katalysator.

Produksjon av polyuretan er et annet viktig bruksområde for karbondioksid i den kjemiske industrien. Polyuretaner er kjent for sin allsidighet og sine bruksområder innen skum, belegg og isolasjon, og fremstilles tradisjonelt ved hjelp av polyoler som stammer fra fossilt brensel. Prosessorer kan imidlertid erstatte disse med karbondioksidbaserte polyoler, noe som reduserer avhengigheten av konvensjonelt drivstoff og reduserer polyuretanproduktenes karbonfotavtrykk.

Disse bærekraftige metodene for sirkulær økonomi er lovende, men de står overfor utfordringer i konkurransen med tradisjonell produksjon basert på fossilt brensel på grunn av de høyere kostnadene forbundet med karbonfangst.

Landbrukssektoren kan også dra nytte av karbonutnyttelse gjennom bruk av ureagjødsel og direkte bruk. Karbondioksidgass kan berike drivhusmiljøer og bidra til økt plantevekst og bedre avlinger. Dessuten kan fanget CO₂ brukes til å dyrke alger, som kan bearbeides til biodrivstoff, dyrefôr og matprodukter.

Til tross for det bærekraftige potensialet står CCUS overfor betydelige hindringer. Spesielt karbonfangstteknologier er kostbare å implementere. Oppskalering av produksjonen for å redusere klimagassutslippene vil kreve betydelige investeringer i infrastruktur og markedsutvikling. Myndigheter og frivillige organisasjoner vil sannsynligvis måtte stå for en stor del av den nødvendige kapitalen.

For å sikre karbonfangst og -utnyttelse på en bærekraftig måte må prosessene dessuten drives med energi fra fornybare kilder. Å bruke fossilt brensel til å drive CCUS-teknologiene vil virke mot sin hensikt, og miljøfordelene vil gå tapt.

Over tid vil forskning og utvikling bidra til å optimalisere prosessene og øke effektiviteten, noe som vil redusere driftskostnadene for CCUS-teknologien. Økonomisk levedyktighet, eller i det minste karbonfangst til lave kostnader, er avgjørende for at teknologien skal bli tatt i bruk i industrien, særlig ettersom stadig flere selskaper og forbrukere verden over verdsetter bærekraft.

Videre utforskning av karbonfangst og -utnyttelse kan bidra til å redusere klimagassutslippene og gjøre et skadelig biprodukt om til en verdifull ressurs. Karbonutnyttelse er en av mange måter å redusere karbondioksidutslippene på i ulike bransjer, noe som bidrar til en mer bærekraftig fremtid.